專利名稱：一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。屬于納米復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，納米科技迅猛發(fā)展，納米材料的研究已成為材料界最活躍的領(lǐng)域。統(tǒng)一尺寸、結(jié)構(gòu)上有序包覆的核/殼型復(fù)合材料，具有高折射率以及獨(dú)特的電磁、光學(xué)和機(jī)械性質(zhì)。尤其是以TW2為基的核殼材料表現(xiàn)出優(yōu)于單組分材料的光、電、磁和催化等物理和化學(xué)性質(zhì)，納米TiA具有顆粒小，比表面積大、磁性強(qiáng)、光催化、吸收性能好、吸收紫外線能力強(qiáng)、 表面活性大、熱導(dǎo)性好、分散性好、所制得的懸浮液穩(wěn)定以及對(duì)人體無害等性能，因此在光催化、空氣凈化、紫外線吸收劑、高效光敏催化劑、防曬護(hù)膚化妝品、太陽能電池、廢水處理、 精細(xì)陶瓷及氣敏傳感器元件等領(lǐng)域具有廣泛和潛在的應(yīng)用前景。探索研究其合成途徑，更是有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，滿足人們的需要。由于納米狗304顆粒粒徑小，具有很高的比表面積，且本身又具有磁性，存在永久性的團(tuán)聚作用。因此制備顆粒尺寸均勻、可控的TiO2作為包覆狗304的殼層結(jié)構(gòu)，這種具有抗氧化性好、高磁記錄性能的Fi3304/TiA復(fù)合顆粒以及將其組裝為量子磁盤，將是今后研究的重要課題，且在工業(yè)生產(chǎn)中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)明專利CN200810053737公開了一種采用兩步預(yù)合成法制備摻雜二氧化鈦納米管的方法。先采用溶膠凝膠法或者水解法等合成出目標(biāo)元素?fù)诫s的二氧化鈦納米顆粒， 再將納米顆粒通過水熱法制成摻雜二氧化鈦納米管。發(fā)明專利CN200610024235公開了一種彌散相Ti02/Si02納米復(fù)合顆粒的制備方法。所述方法以四氯化鈦、四氯化硅、氧氣、 空氣為原料，按一定的體積比預(yù)混后加入燃燒反應(yīng)器的中心環(huán)進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 1200-2500°C。發(fā)明目的和內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，制備的磁性納米氧化鈦復(fù)合材料是由狗304納米粒子與TiA納米纖維復(fù)合而成的納米復(fù)合顆粒，采用水熱法來制備。制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低，能耗小，簡(jiǎn)單易行，產(chǎn)物形貌獨(dú)特可控性強(qiáng)，球形的氧化鐵顆粒表面包裹有氧化鈦的納米纖維，復(fù)合顆粒中的納米T^2具有纖維狀結(jié)構(gòu)，在與!^e3O4納米粒子復(fù)合后，改善了材料的性能，產(chǎn)物不僅具有較強(qiáng)的順磁性，而且具備氧化鈦的光催化和紫外吸收等性能，從而使該材料的綜合性能得到優(yōu)化。本發(fā)明的目的可以通過以下途徑來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明磁性納米氧化鈦復(fù)合材料是由!^e3O4納米粒子與TW2納米纖維復(fù)合而成的納米復(fù)合顆粒，其制備過程包括如下幾個(gè)步驟(1)將0. 15-0. 25g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中，攪拌均勻，得到鈦酸四丁酯溶液A ；(2)在攪拌條件下，在溶液A中加入0. 01-1. 68g FeCl3 · 6H20，接著加入1. 0-1. 5g 聚乙二醇和4. 0-5. Og NaAc，繼續(xù)攪拌，使整個(gè)體系分散均勻，得到混合液B ；(3)將混合液B轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)2_72h ；
(4)水熱反應(yīng)產(chǎn)物用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止；于80°C干燥3-5小時(shí)， 然后將干燥產(chǎn)物研磨后即可得到 ^3Ο4/ ο2納米復(fù)合顆粒。其中，所述的鈦酸四丁酯溶液A還可以采用如下方法制備在強(qiáng)力攪拌條件下，將0. 45-0. 55g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中，攪拌均勻后在180-200°C條件下恒溫油浴反應(yīng)1. 5-2. 5小時(shí)，將產(chǎn)物離心洗滌去除溶液中離子后，分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，得到鈦酸四丁酯溶液A。具體來講本發(fā)明采用高壓釜水熱法制備工藝。以鈦酸四丁酯、氯化鐵(FeCl3 · 6H20)、醋酸鈉(NaAc)、乙二醇(乙二醇)等為原料，聚乙二醇(PEG)為表面形貌控制劑，醋酸鈉為水解控制劑，采用如下方案制備 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒將0. 15-0. 25g鈦酸四丁酯加入到50ml乙二醇中攪拌20min_40min，攪拌均勻，在該體系中加入0. 01-1. 68g FeCl3 ·6Η20，再加入1. 0-1. 5g聚乙二醇和4. 0-5. Og NaAc，繼續(xù)攪拌2. 5-3. 5小時(shí)，使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)2-72小時(shí)；將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在 80°C下干燥3-5小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到Fe3O4ZtW2納米復(fù)合顆粒。本發(fā)明納米復(fù)合顆粒還可以通過以下方案制備將0. 45-0. 55g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中，劇烈攪拌20min_40min后，在 180-200°C條件下油浴反應(yīng)1. 5-2. 5小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml 乙二醇中攪拌均勻；加入0. 01-1. 68g FeCl3 ·6Η20，接著加入1. 0-4. Og聚乙二醇和4. 0-5. Og NaAc，攪拌3-4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后，轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12-72 小時(shí)，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中， 在80°C下干燥3-5小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到納米復(fù)合顆粒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，組分與性能易于控制，復(fù)合顆粒中的基材TW2 納米纖維具有纖維狀結(jié)構(gòu)，在與狗304納米粒子復(fù)合后，改善了材料的性能，從而使該材料的綜合性能得到優(yōu)化。2、本發(fā)明復(fù)合顆粒所用原料價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品無毒無害，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。


圖 1 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片。 圖 2 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的XRD圖譜。 圖 3 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片。 圖 4 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的能譜圖及元素含量表。圖 5 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的透射電鏡圖片。圖 FE3 O4/Ti02納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片。 圖 7 FE3 O4304納米粒子的掃描電鏡照片。
圖 8 FE3 O44納米粒子的XRD圖譜。圖 9 FE3 O4304/Ti02納米復(fù)合粒子的室溫下磁滯回線。
圖10純TiA納米纖維的掃描電鏡照片。
圖lli^304/Ti&納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片,
圖12i^e304/Ti02納米復(fù)合粒子的透射電鏡圖片,
圖13!^304/Ti02納米復(fù)合粒子的XRD圖譜。
圖14Fe304/TiA納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一將0. 2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌0. 5小時(shí)，攪拌均勻，在該體系中加入 0. 252gFeCl3 · 6H20,接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc,繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后，轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到納米復(fù)合顆粒。該i^304/Ti02納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖1 (a)所示，XRD圖譜如附圖2 所示，室溫下磁滯回線如附圖9(c)所示。實(shí)施例二 將0.2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌半小時(shí)攪拌均勻，在該體系中加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)》1，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到納米復(fù)合顆粒。該納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖3所示。實(shí)施例三將0.2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌半小時(shí)攪拌均勻，在該體系中加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒。該^ /!! 納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖1 (b)所示，能譜圖及元素含量表如附圖4所示，透射電鏡圖片如附圖5(a，b)所示，XRD圖譜如附圖2所示，室溫下磁滯回線如附圖9(b)所示。實(shí)施例四將0.2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌半小時(shí)攪拌均勻，在該體系中加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)72h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒。該納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖6所示，透射電鏡圖片如附圖5 (c，d)所示。實(shí)施例五將0. 2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌半小時(shí)攪拌均勻，在該體系中加入 1. 68gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)》1，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到納米復(fù)合顆粒。該i^304/Ti02納米粒子的掃描電鏡照片如附圖7 (a)所示，XRD圖譜如附圖8所示。實(shí)施例六將0.2g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中攪拌半小時(shí)攪拌均勻，在該體系中加入 1. 68gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，繼續(xù)攪拌3小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒。該納米粒子的掃描電鏡照片如附圖7 (b)所示，XRD圖譜如附圖8所示， 室溫下磁滯回線如附圖9(a)所示。實(shí)施例七(純TW2納米纖維)將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到TW2納米纖維。通過掃描電鏡照片可以看出生成的TiO2呈纖維狀，長(zhǎng)度達(dá)幾十微米，直徑為 500nm-l μ m,該TW2納米纖維的掃描電鏡照片如附圖10所示。實(shí)施例八將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，加入 0. 252gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，攪拌3-4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒。該Fe3O4A^2納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖11 (a) (b)所示，XRD圖譜如附圖13。實(shí)施例九將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，攪拌3_4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到F%04/TiA納米復(fù)合顆粒。該Fe3O4A^2納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖11 (c) (d)所示，XRD圖譜如附圖13。實(shí)施例十將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入1. 2g聚乙二醇和4. 5g NaAc，攪拌3_4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)72h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到F%04/TiA納米復(fù)合顆粒。該納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖14所示。實(shí)施例i^一將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入2. 4g聚乙二醇和4. 5g NaAc，攪拌3_4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到F%04/TiA納米復(fù)合顆粒。該狗304/1102納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖15(a) (b)所示。實(shí)施例十二 首先將0. 5g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中劇烈攪拌半小時(shí)后在190°C條件下油浴反應(yīng)2小時(shí)，離心洗滌去除溶液中離子，沉淀物分散到IOOml乙二醇中攪拌均勻，加入 0. 42gFeCl3 · 6H20，接著加入3. 6g聚乙二醇和4. 5g NaAc，攪拌3_4小時(shí)使整個(gè)體系分散均勻后轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)12h，將產(chǎn)物離心，反復(fù)用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止。再將濾餅轉(zhuǎn)入干燥箱中，在80°C下干燥4小時(shí)，然后將顆粒研磨后即可得到納米復(fù)合顆粒。該狗304/1102納米復(fù)合粒子的掃描電鏡照片如附圖15(c) (d)所示。
權(quán)利要求
1.一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該材料是由!^e3O4納米粒子與T^2納米纖維復(fù)合而成的納米復(fù)合顆粒，其制備過程包括如下幾個(gè)步驟(1)將0.15-0. 25g鈦酸四丁酯加入50ml乙二醇中，攪拌均勻，得到鈦酸四丁酯溶液A ；(2)在攪拌條件下，在溶液A中加入0.01-1.68g FeCl3 ·6Η20，接著加入1.0-1. 5g聚乙二醇和4. 0-5. Og NaAc，繼續(xù)攪拌，使整個(gè)體系分散均勻，得到混合液B ；(3)將混合液B轉(zhuǎn)入水熱釜中，在200°C條件下水熱反應(yīng)2-72h；(4)水熱反應(yīng)產(chǎn)物用乙醇和去離子水洗滌至濾液無色為止；于80°C干燥3-5小時(shí)，然后將干燥產(chǎn)物研磨后即可得到 ^304/ΤΜ2納米復(fù)合顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的鈦酸四丁酯溶液A還可以采用如下方法制備在強(qiáng)力攪拌條件下，將0. 45-0. 55g鈦酸四丁酯加入到IOOml乙二醇中，攪拌均勻后在 180-200°C條件下恒溫油浴反應(yīng)1. 5-2. 5小時(shí)，將產(chǎn)物離心洗滌去除溶液中離子后，分散到 IOOml乙二醇中攪拌均勻，得到鈦酸四丁酯溶液A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性納米氧化鈦復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明所述磁性納米氧化鈦復(fù)合材料是由Fe3O4納米粒子與TiO2納米纖維復(fù)合而成的納米復(fù)合顆粒，其制備過程包括將FeCl3·6H2O和聚乙二醇、NaAc均勻分散于鈦酸四丁酯溶液中，得到混合液；將混合液在200℃條件下水熱反應(yīng)2-72h；水熱反應(yīng)產(chǎn)物于80℃干燥、研磨后即可得到Fe3O4/TiO2納米復(fù)合顆粒。制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，組分與性能易于控制，復(fù)合顆粒中的TiO2納米纖維具有纖維狀結(jié)構(gòu)，在與Fe3O4納米粒子復(fù)合后，改善了材料的性能，從而使該材料的綜合性能得到優(yōu)化。
文檔編號(hào)H01F1/10GK102160984SQ201110027490
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者于壽山, 尹貽超, 王寶祥, 陳克正, 韋華瀧 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)